玄武巖復(fù)合材料在船舶市場(chǎng)應(yīng)用

玄武巖復(fù)合材料在船舶市場(chǎng)應(yīng)用摘要：隨著反艦武器的發(fā)展，水面艦船易受到空中爆炸和水下爆炸的威脅，使艦船削弱、甚至完全喪失戰(zhàn)斗力和生命力。因此，研究非接觸爆炸對(duì)艦船的破壞效應(yīng)，在設(shè)計(jì)階段預(yù)報(bào)艦船結(jié)構(gòu)在非接觸爆炸下的響應(yīng)，對(duì)提高艦船的戰(zhàn)斗力和生命力具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。玄武巖纖維復(fù)合材料是由連續(xù)玄武巖纖維和環(huán)氧樹脂基體加工生成的復(fù)合材料，其物理性能和力學(xué)性能均優(yōu)于一般的玻璃纖維增強(qiáng)材料，是一種在軍用艦船設(shè)計(jì)建造中可以替代鋼材的新型材料，同時(shí)可以有效提高船體的抗爆性能。基于此，本文首先對(duì)玄武巖纖維復(fù)合材料特進(jìn)行了概述，詳細(xì)探討了連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料艦船，旨在確保船舶制造質(zhì)量。關(guān)鍵詞：玄武巖；石英纖維復(fù)合材料；船舶市場(chǎng)；應(yīng)用連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料是以天然玄武巖礦石為原料，將礦石破碎后加入熔窯中，在1450-1500°C熔融后，通過噴絲板拉伸成連續(xù)纖維，并以玄武巖纖維為增強(qiáng)體制成的新型復(fù)合材料。連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料性能優(yōu)異，其作為建造材料的艦船，與傳統(tǒng)鋼制艦船相比擁有重量輕，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，抗腐蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)又比性能相近的碳纖維復(fù)合材料成本低廉，有廣闊的發(fā)展前景。1玄武巖纖維復(fù)合材料特點(diǎn)1.1天然的原材料連續(xù)玄武巖纖維（ContinuousBasaltFiber簡(jiǎn)稱CBF）復(fù)合材料的生產(chǎn)原料由火山巖漿形成，屬于玄武巖、輝綠巖與角閃巖類的火成巖。因此，玄武巖除了天然的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性外，不含對(duì)人類健康有害的成分，生產(chǎn)纖維過程中不釋放任何有害氣體，無廢渣產(chǎn)生。1.05噸玄武巖礦石可以生產(chǎn)1噸CBF。以單組分的純天然礦石為原料生產(chǎn)CBF，這種天然非人工合成的綠色材料在所有的高技術(shù)纖維中是非常獨(dú)特的。1.2性能綜合以單一的力學(xué)性能和化學(xué)性能比較，似乎都能找到比CBF更強(qiáng)的高技術(shù)纖維，然而，將很多性能綜合起來比較，CBF是佳的"多能〃纖維。CBF不僅具有綜合性能好的優(yōu)良品質(zhì)，譬如既耐酸又耐堿、既耐低溫（-260C）又耐高溫（+700°C），既絕熱電絕緣又隔音，拉伸強(qiáng)度超過大絲束碳纖維，斷裂延伸率比小絲束的碳纖維還要好；CBF表面極性，與樹脂復(fù)合時(shí)界面結(jié)合的浸潤(rùn)性極佳，而且CBF具有三維的分子維數(shù)與分子維數(shù)一維的線性聚合物纖維相比具有較高的抗壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和在耐惡劣環(huán)境中使用的適應(yīng)性、抗老化性等等優(yōu)異的綜合性能。有國外專家一言以蔽之：CBF綜合性能好、性價(jià)比好。韓國的材料界專家甚至說，CBF的產(chǎn)品壽命期為100?1000年。1.3成本低廉生產(chǎn)CBF的成本很低，純天然玄武巖礦石的原料每噸僅80?100元人民幣。目前，采用我國CBF項(xiàng)目863計(jì)劃成果技術(shù)生產(chǎn)每噸纖維的成本已經(jīng)基本接近于E玻璃纖維。CBF生產(chǎn)成本的低廉性為其大規(guī)模的推廣使用創(chuàng)造了前提條件。1.3工藝簡(jiǎn)潔CBF采用"一步法〃生產(chǎn)工藝：玄武巖礦石投入熔爐T熔化T拉絲。由于無需人工配料，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)比一般玻璃纖維的生產(chǎn)過程還要簡(jiǎn)潔得多。1.4技術(shù)難度高由于純天然玄武巖熔體導(dǎo)熱性差、析晶上限溫度較高容易析晶、成纖粘度控制范圍很窄，對(duì)天然玄武巖礦石礦物相和成分組成需要嚴(yán)格的篩選。因此，雖然CBF生產(chǎn)工藝十分簡(jiǎn)潔，但是卻有著較高的成纖難度、嚴(yán)格的工藝控制條件和很高的技術(shù)門檻。這也是全世界CBF發(fā)展20多年了仍然停留在200孔拉絲漏板初級(jí)技術(shù)水平的主要原因。1.5應(yīng)用廣泛CBF是典型的"多能〃纖維，由上述特征不難看出其應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性。譬如CBF的火山巖原料本身屬于硅酸鹽類，因此，在建筑領(lǐng)域可以大顯身手。短切的CBF可以用于增強(qiáng)砂漿/混凝土和瀝青/混凝土，有良好的防滲抗裂作用。CBF與樹脂復(fù)合可以制成復(fù)合棒材（筋）替代鋼筋、甚至可以替代碳纖維用于結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)，例如玄武巖纖維單向分布與結(jié)構(gòu)膠復(fù)合的片材在我國一些結(jié)構(gòu)加固工程的應(yīng)用中凸現(xiàn)出性價(jià)比的明顯優(yōu)勢(shì)等等。CBF在房屋、橋梁、高速公路、城市高架道路、飛機(jī)跑道、海港碼頭、地鐵隧道、沿海防護(hù)工程、核電站設(shè)施、軍事設(shè)施等等建筑領(lǐng)域起到結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)、防滲抗裂、延長(zhǎng)建筑使用壽命等作用CBF是天然綠色的新材料，將給建筑業(yè)和我國優(yōu)先發(fā)展的交通運(yùn)輸領(lǐng)域帶來革命性的變革。CBF是純天然的阻燃纖維，有著比美國杜邦公司NOMEX更高的極氧指數(shù)（268），它優(yōu)良的阻燃隔熱性能，將是消防服阻燃隔熱面料層和防火卷簾、滅火毯的天然阻燃材料等等。2CBF在我國的發(fā)展CBF將成為與碳纖維、芳綸、超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維并駕齊驅(qū)的又一極具競(jìng)爭(zhēng)力的高科技纖維。繼前蘇聯(lián)之后，近幾年來，國際上如美國、日本、德國等一些科技發(fā)達(dá)國家都加強(qiáng)了對(duì)CBF這一新型無機(jī)高科技纖維的研究開發(fā)，并取得了一系列新的應(yīng)用研究成果。研究結(jié)果表明：CBF已經(jīng)成為一種將改變世界先進(jìn)新材料格局的高技術(shù)纖維。我國有關(guān)決策部門擬從新材料的戰(zhàn)略發(fā)展高度引起充分的關(guān)注和重視，以推動(dòng)我國CBF及其產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，真正成為全球"后來者居上〃的CBF制造大國。近幾年來，美國、加拿大、德國、英國、日本、韓國等國紛紛加大國防科研的投入，開展了CBF在國防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用研究，并展開了激烈的專利保護(hù)戰(zhàn)。顯然CBF將改變世界先進(jìn)材料的格局，由于性價(jià)比好，已經(jīng)展現(xiàn)出廣闊的國防軍工的應(yīng)用前景。目前，全世界碳纖維嚴(yán)重短缺。據(jù)有關(guān)方面的不完全統(tǒng)計(jì)，2004年我國軍方和地方對(duì)碳纖維的實(shí)際用量為4000多噸，因此，在碳纖維嚴(yán)重短缺的背景下，研究討論CBF在我國的發(fā)展和推廣應(yīng)用有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。3連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料艦船艦船是海上部隊(duì)賴以生存和進(jìn)行對(duì)敵攻擊的平臺(tái)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和未來海上作戰(zhàn)需要的不斷提高，各類新型艦船層出不窮。艦船的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，新材料新工藝技術(shù)，推進(jìn)系統(tǒng)，電子和信息技術(shù)，隱身技術(shù)，超導(dǎo)技術(shù)，激光技術(shù)，衛(wèi)星技術(shù)，新型武器系統(tǒng)等，給海軍艦船的制造、動(dòng)力、武備都帶來了日新月異的變化。為了適應(yīng)未來需要，世界各發(fā)達(dá)海軍國家都在積極探索和發(fā)展新型艦船。CBF艦船就是新型復(fù)合材料艦船。采用CBF為建造材料的艦船，與傳統(tǒng)鋼制艦船相比擁有重量輕，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，抗腐蝕能力強(qiáng)，耐熱性能好，透波性能優(yōu)良等特點(diǎn)，同時(shí)CBF又比性能相近的碳纖維復(fù)合材料成本低廉，在未來可以很大程度上取代碳、芳綸纖維等，有廣闊的發(fā)展前景。4結(jié)束語綜上所述，我國玄武巖礦藏儲(chǔ)量豐富，玄武巖纖維及其復(fù)合材料的性能優(yōu)異，替代性強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣，有廣闊的發(fā)展前景，可謂21世紀(jì)的一種新材料。連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料性能優(yōu)異。與一般的纖維復(fù)合材料相比，CBF復(fù)合材料具有耐溫性能好、抗拉強(qiáng)度高、化學(xué)性能與抗熱性能穩(wěn)定、介電性能良好及透波性能優(yōu)良等特點(diǎn)。采用CBF為建造材料的艦船，與傳統(tǒng)鋼制艦船相比擁有重量輕，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，抗腐蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)CBF又比性能相近的碳纖維復(fù)合材料成本低